【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无人机，尤其涉及一种无人机航线规划及切换方法及装置。
技术介绍
1、无人机航线规划多采用通过控制无人机的姿态来间接控制其飞行轨迹。这种方法通过调整无人机的俯仰角、滚转角和偏航角等姿态参数，来引导无人机沿着预定的航线飞行。
2、但是，这种基于姿态控制的航线规划方法在实践中面临一些挑战。由于它高度依赖于无人机的动力学特性和实时传感器数据，因此在实际飞行过程中，任何外部干扰都可能对控制效果产生不利影响，导致无人机偏离预定航线。此外，这种方法在应对快速贴近航线或紧急航线调整的需求时，表现出响应不够迅速或控制不够精确的问题。
技术实现思路
1、在本申请实施例中，通过提供一种无人机航线规划及切换方法，解决了如何使无人机更加灵活地应对外部干扰和快速贴近航线或紧急航线调整的需求的问题。
2、第一方面，本申请实施例提供了一种无人机航线规划及切换方法，该方法包括：分两种情况根据无人机的当前位置和目标航线计算并更新目标点的位置，使无人机追踪目标点向目标航线靠拢，直至沿着目标航线飞行；第一种情况为：当目标航线为直线时，根据无人机的当前位置作目标航线的垂线，将该垂线与目标航线的交点作为第一目标点；沿着目标航线方向根据偏置距离确定第二目标点，第二目标点根据无人机的新的位置实时变化，无人机追踪第二目标点飞行以向目标航线靠拢，直至沿着目标航线飞行；其中，偏置距离为第一目标点与第二目标点之间的距离；第二种情况为：当目标航线为圆弧时，计算无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的方位
3、在一种可能的实现方式中，确定偏置距离的计算公式为：；其中，为偏置距离，为无人机的当前飞行速度，为时间常数，决定无人机对速度变化的响应速度，为无人机的最大加速度，为安全因子。
4、在一种可能的实现方式中，无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的方位角的计算方式包括：设定正北方向为0度，正东方向为90度；以顺时针方向为正，方位角为无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的连线与正北方向的夹角。
5、在一种可能的实现方式中，所述偏置角的确定方式包括：偏置角的大小根据无人机的当前位置与轨迹距离调整；若无人机的当前位置在目标航线内部或与轨迹距离较近，偏置角会取一个小的值，确保第三目标点在无人机的前方；若无人机的当前位置在目标航线外部，随着轨迹距离的增加，偏置角会逐渐增大，设定一个最大偏置角的值以避免无人机偏离目标航线过远。
6、在一种可能的实现方式中，所述轨迹距离的计算方式为：计算无人机的当前位置与目标航线盘旋中心点之间的距离，再减去指定的盘旋半径。
7、在一种可能的实现方式中，当无人机需要从当前航线切换到下一航线时，根据无人机的最小转弯半径和转折角度，计算并确定航线切换点，引导无人机以平滑曲线从当前航线过渡至下一航线，直至沿着下一航线飞行，包括：计算无人机从当前航线到下一航线的转折角度；其中，所述转折角度定义为下一航线的起始点与当前航线的末端的延长线之间的夹角；当转折角度小于预设角度时，执行第一飞行步骤；当转折角度大于预设角度时，执行第二飞行步骤；确定预设角度的计算公式为：；其中，为预设角度，为无人机的最大允许横向偏差，为无人机的最小转弯半径，为无人机的当前飞行速度，为无人机的最大加速度。
8、在一种可能的实现方式中，所述当转折角度小于预设角度时，执行第一飞行步骤，包括：根据转折角度和无人机的最小转弯半径计算无人机的第一提前转弯距离；对无人机的第一提前转弯距离乘以放大倍率，获取无人机最终提前转弯距离，以获得最终航线切换点；其中，最终提前转弯距离为当前航线的末端与第一航线切换点之间的距离；判断无人机的当前位置与当前航线终点之间的距离是否大于最终提前转弯距离；若判断结果为是，无人机继续沿着当前航线飞行；若判断结果为否，无人机从当前位置开始沿着第一平滑过渡曲线逐步调整其飞行轨迹，所述平滑曲线用于引导无人机经过第一航线切换点，并逐渐靠近并与下一航线对齐，直至沿着下一航线飞行。
9、在一种可能的实现方式中，所述当转折角度大于预设角度时，执行第二飞行步骤，包括：设置第二航线切换点与下一航线起点的距离之间的最大上限值；当无人机的当前位置到达或接近最大上限值时，开始沿着第二平滑过渡曲线逐步调整其飞行轨迹，第二平滑过渡曲线用于确保无人机航迹在偏出下一航线一段距离后进行修正并与下一航线对齐，直至沿着下一航线飞行。
10、在一种可能的实现方式中，所述最大上限值根据转折角度、预设角度和无人机的性能进行确定；其中，所述无人机的性能包括无人机的最小转弯半径和无人机的最大加速度。
11、第二方面，本申请实施例提供了一种无人机航线规划及切换装置，该装置包括：追踪模块，用于分两种情况根据无人机的当前位置和目标航线计算并更新目标点的位置，使无人机追踪目标点向目标航线靠拢，直至沿着目标航线飞行；追踪第二目标点模块，用于当目标航线为直线时，根据无人机的当前位置作目标航线的垂线，将该垂线与目标航线的交点作为第一目标点；沿着目标航线方向根据偏置距离确定第二目标点，第二目标点根据无人机的新的位置实时变化，无人机追踪第二目标点飞行以向目标航线靠拢，直至沿着目标航线飞行；其中，偏置距离为第一目标点与第二目标点之间的距离；追踪第三目标点模块，用于当目标航线为圆弧时，计算无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的方位角，根据计算出的方位角加上一个偏置角确定第三目标点，无人机追踪第三目标点飞行；第三目标点根据无人机的新的位置实时计算并更新，无人机逐渐切入到目标航线上，直至沿着目标航线飞行，并按照指定的盘旋半径和方向进行盘旋；当无人机需要从当前航线切换到下一航线时，根据无人机的最小转弯半径和转折角度，计算并确定航线切换点，引导无人机以平滑曲线从当前航线过渡至下一航线，直至沿着下一航线飞行。
12、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果：
13、本申请实施例提供了一种无人机航线规划及切换方法，通过计算并更新目标点的位置，实现了无人机对目标航线的精确追踪与靠拢，显著提升了无人机航线规划的灵活性和准确性。在目标航线为直线的情况下，确定无人机当前位置与目标航线的垂线交点作为第一目标点，为无人机提供了一个明确的参考方向。沿着目标航线方向根据偏置距离确定第二目标点，该目标点随着无人机位置的实时更新而动态变化。无人机通过追踪这个动态的第二目标点，能够逐步调整其飞行轨迹，直至完全沿着目标航线飞行。不仅提高了无人机对直线航线的追踪精度，还增强了其应对外部干扰的能力。当目标航线为圆弧时，通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机航线规划及切换方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，确定偏置距离的计算公式为：；其中，为偏置距离，为无人机的当前飞行速度，为时间常数，决定无人机对速度变化的响应速度，为无人机的最大加速度，为安全因子。
3.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的方位角的计算方式包括：
4.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述偏置角的确定方式包括：
5.根据权利要求4所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述轨迹距离的计算方式为：计算无人机的当前位置与目标航线盘旋中心点之间的距离，再减去指定的盘旋半径。
6.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，当无人机需要从当前航线切换到下一航线时，根据无人机的最小转弯半径和转折角度，计算并确定航线切换点，引导无人机以平滑曲线从当前航线过渡至下一航线，直至沿着下一航线飞行，包括：
7.根据权利要求6所述的无人机航线规划
8.根据权利要求6所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述当转折角度大于预设角度时，执行第二飞行步骤，包括：
9.根据权利要求8所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述最大上限值根据转折角度、预设角度和无人机的性能进行确定；其中，所述无人机的性能包括无人机的最小转弯半径和无人机的最大加速度。
10.一种无人机航线规划及切换装置，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种无人机航线规划及切换方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，确定偏置距离的计算公式为：；其中，为偏置距离，为无人机的当前飞行速度，为时间常数，决定无人机对速度变化的响应速度，为无人机的最大加速度，为安全因子。
3.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，无人机的当前位置相对于目标航线盘旋中心点的方位角的计算方式包括：
4.根据权利要求1所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述偏置角的确定方式包括：
5.根据权利要求4所述的无人机航线规划及切换方法，其特征在于，所述轨迹距离的计算方式为：计算无人机的当前位置与目标航线盘旋中心点之间的距离，再减去指定的盘旋半径。
6.根据权利要求1所述的无人机...
【专利技术属性】
技术研发人员：武亚运，郭娅鹏，何宇，王宬，海迪，李莎，
申请(专利权)人：西安羚控电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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